試料前処理装置及び液体クロマトグラフ装置
【課題】分析カラムの目詰まりによる圧力上昇を防止する。
【解決手段】高圧切替バルブ１１を点線状態に設定し、ポンプ１４で吸引した液体試料を濃縮カラム１２に流すことで濃縮カラム１２に液体試料中の目的成分を捕捉させる。こうして試料成分の濃縮を行った後、低圧切替バルブ１５でリンス液を選択するように流路を切り替え、濃縮カラム１２中にリンス液を流して濃縮カラム１２を含む流路中の液体試料を清浄なリンス液に置換する。これにより、次に高圧切替バルブ１１を実線状態に切り替えて、濃縮カラム１２に捕捉している成分を分析カラム５に導入する際に、液体試料中に含まれる夾雑物が分析カラム５に入らず、目詰まりを防止することができる。
【解決手段】高圧切替バルブ１１を点線状態に設定し、ポンプ１４で吸引した液体試料を濃縮カラム１２に流すことで濃縮カラム１２に液体試料中の目的成分を捕捉させる。こうして試料成分の濃縮を行った後、低圧切替バルブ１５でリンス液を選択するように流路を切り替え、濃縮カラム１２中にリンス液を流して濃縮カラム１２を含む流路中の液体試料を清浄なリンス液に置換する。これにより、次に高圧切替バルブ１１を実線状態に切り替えて、濃縮カラム１２に捕捉している成分を分析カラム５に導入する際に、液体試料中に含まれる夾雑物が分析カラム５に入らず、目詰まりを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置、及び該装置を用いた液体クロマトグラフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析対象である目的成分以外に様々な不要成分を含む液体試料について、そうした各種成分を分離して所望の目的成分の定性分析、定量分析を行うために、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）やＨＰＬＣの検出器として質量分析計を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）が広く使用されている。こうした分析装置で目的成分の分析精度や感度を高めるために分析カラムでの分離条件を適切に設定することが重要なのはもちろんであるが、試料を分析カラムに導入する前の段階で、分析の妨害となる成分や分析に不要な成分を除去したり、或いは、目的成分を濃縮したりするといったことが益々重要になってきている。こうした目的のために、従来より、自動試料前処理装置が使用されている。
【０００３】
液体クロマトグラフ用の自動試料前処理装置では、高圧流路切替バルブや試料中の目的成分を捕捉して濃縮するための前処理カラムを用いたカラムスイッチングによるものが一般的である（特許文献１など参照）。図４は従来の自動試料前処理装置を備えるＬＣ／ＭＳの要部の構成の一例を示す概略図である。
【０００４】
試料前処理装置１０において、６ポート２ポジション型の高圧切替バルブ１１のａポートには分析用ポンプ２が設けられた移動相供給流路３が接続され、分析用ポンプ２の動作により移動相容器１から吸引された移動相が供給される。この高圧切替バルブ１１のｆポートには、分析カラム５及び質量分析計（ＭＳ）６が設けられた分析流路４が接続されている。７ポート６ポジション型の低圧切替バルブ１５のｂ〜ｇポートには試料を満たした試料容器１６１に至る流路が接続され（但し、ここではｄ〜ｇポートに接続される流路は記載を省略している）、共通であるａポートには、途中に注入用ポンプ１４が設けられた前処理流路１３が接続され、該流路１３の他端は高圧切替バルブ１１のｄポートに接続されている。高圧切替バルブ１１のｂポート、ｅポート間には、内部に捕集剤を充填した濃縮カラム１２が接続され、さらにｃポートは排液口に至る排液流路１７が接続されている。
【０００５】
上記ＬＣ／ＭＳにおいて試料の前処理時には、高圧切替バルブ１１を点線で示す接続状態とし、低圧切替バルブ１５を実線で示す接続状態とし、注入用ポンプ１４を作動させる。すると、分析対象である液体試料（例えば環境水試料）が濃縮カラム１２に流され、該試料中の目的成分が濃縮カラム１２内の捕集剤に捕捉される。所定時間、液体試料を濃縮カラム１２に流して目的成分を十分に捕捉した後に、高圧切替バルブ１１を実線で示す接続状態に切り替え、濃縮カラム１２と分析流路４とを接続し、分析用ポンプ２により移動相を移動相供給流路３から濃縮カラム１２に供給する。すると、濃縮カラム１２内の捕集剤から溶出した目的成分が移動相の流れに乗って分析カラム５に導入され、分析カラム５を通過する間に時間方向に成分分離される。質量分析計６は分析カラム５から溶出した成分を含む溶媒（移動相）を順次検出し、それぞれの成分に対応した検出信号を出力する。
【０００６】
特に試料中の成分を高精度で定量したい場合に、図４に示したように、検出器に質量分析計を用いたＬＣ／ＭＳが有用であるが、その場合、分析カラム５としては内径が例えば１０００μｍといったごく細径のものが使用されることが多い。ところが、そうしたカラムでは目詰まりによる内部圧力の上昇が頻繁に起こり、そのためにカラムの寿命が短く分析コストが高い、或いは分析結果の信頼性を損なう、といった問題がある。カラムの目詰まり状況を解析すると、その目詰まりの主たる原因は、濃縮の最終段階で濃縮カラム１２内に残留した液体試料が、分析カラム５への試料導入の際にそのまま分析カラム５に送られてしまい、この液体試料に混入している不要成分や固形浮遊物などの夾雑物が分析カラム５に詰まるためであると考えられる。
【０００７】
また、低圧切替バルブ１５の切替えにより異なる試料を選択しながら連続的に分析を行う場合、低圧切替バルブ１５を切り替えても、低圧切替バルブ１５のａポートから高圧切替バルブのｄポートまでの前処理流路１３中にはその直前に供給した別の液体試料が残存している。そのため、この液体試料がまず濃縮カラム１２に導入されることになり、コンタミネーションの原因となる。また、精度の高い定量分析を行うために、濃縮カラム１２に流す液体試料の流速（流量）とその流通時間とを正確に決めているが、低圧切替バルブ１５を切り替えた後に目的とする液体試料が濃縮カラム１２に到達するまでに時間を要すると、その分だけ目的成分の回収率が下がり、これが定量時の誤差となり得る。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであって、その第１の目的とするところは、分析カラムの目詰まりによる圧力上昇を防止することができる試料前処理装置及び該装置を備えた液体クロマトグラフ装置を提供することにある。
【００１０】
また本発明の第２の目的とするところは、試料を濃縮する際に目的成分について高い回収率を達成することで定量分析の精度を向上させることができる試料前処理装置及び該装置を備えた液体クロマトグラフ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された第１発明は、液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置において、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記濃縮カラムに移動相を供給し該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第２状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第１状態において前記濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させた後に、前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第２状態において移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１２】
また上記課題を解決するために成された第２発明は、液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置であって、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記第１流路切替手段で選択された液体及び移動相のいずれも前記濃縮カラムに流すことなく該第１流路切替手段で選択された液体を排出する流路を形成する第２状態と、移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第３状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第２状態において液体試料を第２流路切替手段に流し、少なくとも第１流路切替手段と第２流路切替手段との間の流路中を液体試料で満たした後、前記第１状態において濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させ、次いで前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第３状態において移動相を該濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
ここで、置換用液体としては、例えば純水等の清浄な（つまり浮遊物や夾雑物を含まない）溶媒を用いるか、或いは、溶出力の弱い、例えば低濃度のメタノール水溶液などを用いることができる。
【００１４】
また第３発明に係る液体クロマトグラフ装置は、第１又は第２発明に係る試料前処理装置を含む液体クロマトグラフ装置であって、
前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を検出器に導入する順方向流路と、前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を前記順方向流路とは逆方向に前記分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を排出する逆方向流路と、を切り替える第３流路切替手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明に係る試料前処理装置では、分析対象である液体試料中の目的成分を濃縮カラムに十分に捕捉させた後に、該濃縮カラムに残留する液体試料を置換用液体で置換する。特に液体試料が環境水試料などである場合には、液体試料には濃縮カラムに捕捉されない様々な夾雑物が混入していることが多いが、上記のような置換操作によって濃縮カラムから夾雑物を排除することができ、次に移動相によって濃縮された試料（目的成分）が分析カラムに運ばれる際に夾雑物が分析カラムに入ることを防止又は軽減できる。それにより、比較的目詰まりの生じ易い内径の小さな分析カラムを使用する場合であっても、分析カラムの目詰まりを起こしにくくして、不所望の圧力上昇を回避することができる。
【００１６】
さらにまた第３発明に係る液体クロマトグラフ装置によれば、移動相を逆方向流路に流すことで分析カラムの入口に詰まった夾雑物を押し流し、流路外に排除することができる。従って、分析カラムの目詰まりの発生をより一層確実に防止し、分析カラムの長寿命化に有効である。
【００１７】
なお、置換用液体として低濃度メタノール水溶液などの、或る程度の洗浄効果がある溶媒を用いることで、液体クロマトグラフの検出器で問題となる妨害成分を予備的に除去する効果も期待できる。
【００１８】
また第２発明に係る試料前処理装置では、濃縮カラムに液体試料を通して試料の濃縮を行う前に、濃縮カラムに移動相などを流すことなく、第１流路切替手段から第２流路切替手段に至る流路中を液体試料で満たすことができる。従って、次に第２流路切替手段の切り替えによって試料濃縮が開始されたときに、速やかに目的とする液体試料が濃縮カラムに流通し始め、液体試料の正確な計量を行うことができる。それにより、定量分析の精度を向上させることができる。
【００１９】
また、上記のように第１流路切替手段から第２流路切替手段に至る流路中を液体試料で満たす際に、第２流路切替手段による流路の切り替えにより濃縮カラムへの移動相の供給が回避されるため、液体クロマトグラフ装置で移動相を分析カラムに一定流速で送給するためのポンプの動作を止めずに済む。一般に、ポンプの動作を一旦停止すると、次にその動作を再開した後に流速が安定するまでに時間が掛かるが、第２発明に係る試料前処理装置によれば、そうしたポンプの停止を行わずに済むので、移動相の流速を安定に一定に維持することができ、分析の精度向上に寄与する。
【００２０】
なお、第１流路切替手段で液体試料、置換用液体のほかに、強い溶出力を有する洗浄液も選択できるようにし、移動相によって濃縮カラムから試料成分を運び去った後に、濃縮カラムに洗浄液を流して前の試料の成分の残滓を除去し、その後に、濃縮カラム中に置換用液体を導入して洗浄液を置換用液体で置換し、それから次の液体試料を濃縮カラムに導入するように流路の切り替えを行うと、より好ましい。
【００２１】
これによれば、洗浄液により前回の試料成分がほぼ完全に濃縮カラムやその前後の流路から除去されるためコンタミネーションを一層軽減できる。また、試料濃縮のために液体試料が濃縮カラムに導入される際には濃縮カラムには溶出力の強い洗浄液でなく置換用液体が残留しているので、液体試料中の目的成分が濃縮カラムに捕捉されずに流れ出てしまうといった事態を回避でき、濃縮カラムに目的成分を効率良く捕捉して高い回収率を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１実施例］
第１発明の一実施例（第１実施例）による試料前処理装置を具備するＬＣ／ＭＳについて、図面を参照して説明する。図１はこのＬＣ／ＭＳの要部の構成図であり、既に説明した図４の装置と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を略す。
【００２３】
本実施例の試料前処理装置１０では、第１発明における第１流路切替手段に相当する低圧切替バルブ１５のｃポートに、純水などの清浄な溶媒であるリンス液が貯留されるリンス液容器１６２に至る流路が接続されている。また、第１発明における第２流路切替手段に相当する高圧切替バルブ（後述する分析流路４側に追加された高圧切替バルブと区別するために前処理側高圧切替バルブと呼ぶこととする）１１のｆポートは分析流路４を介して新たに追加された分析流路側高圧切替バルブ７のａポートに接続され、この分析流路側高圧切替バルブ７のｂポートとｆポートとの間に分析カラム５が接続され、ｅポートには質量分析計（ＭＳ）６に至る流路が接続されている。また、ポートｃに接続された流路は排液口に至る。
【００２４】
なお、このＬＣ／ＭＳでは、グラジエント分析が可能であるように、移動相容器１０１、１０２と分析用ポンプ２０１、２０２とは２系統設けられ、異なる移動相Ａ、Ｂが適宜の割合で混合されて移動相供給流路３から前処理側高圧切替バルブ１１のａポートに供給されるようになっている。
【００２５】
また、コンピュータにより構成される、第１発明における制御手段に相当する制御部８は予めインストールされた制御プログラムに従って、ポンプ２０１、２０２、バルブ１１、１５、７等の動作を統括的に制御するが、その制御プログラムは単に分析流路側高圧切替バルブ７が追加されたからだけでなく、図４に示した従来の装置とは異なる手順で以て制御を行うように構成されている。
【００２６】
次に、制御部８の制御の下に行われる本実施例のＬＣ／ＭＳの分析動作を図２のタイムチャートにより説明する。このＬＣ／ＭＳでは、３５分を１サイクルとして、１サイクル期間中に、実際に試料に対するＬＣ／ＭＳ分析を実行する分析側動作（図２（ｂ）参照）と、試料の濃縮を行う前処理側動作（図２（ａ）参照）と、を並行して遂行する。図２では、分析カラム５に試料が導入され始めるタイミングをｔ＝０[分]として、その時点からの経過時間ｔで各要素の状態などを示している。
【００２７】
ｔ＝０[分]の時点では、濃縮カラム１２にはその直前のサイクルにおいて導入された目的成分が捕捉されている。１サイクル期間中、注入用ポンプ１４は連続的に作動されており、その流速は２[mL/min]で一定に維持される（図２（ｅ）参照）。ｔ＝０[分]の時点で、前処理側高圧切替バルブ１１は図１中に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定され（図２（ｆ）参照）、分析流路側高圧切替バルブ７は図１中に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定される（図２（ｈ）参照）。また、試料を切り替えるための低圧切替バルブ１５は液体試料を選択するようにａポートとｂポートとが接続された状態となる（図２（ｇ）参照）。
【００２８】
分析用ポンプ２０１、２０２は共に作動されてその両方の合計の流速は０．２[mL/min]一定に維持されるが、２種類の移動相Ａ、Ｂの混合割合が変化する、つまりグラジエント分析が行われるように、ｔ＝０[分]から２０[分]まで移動相Ｂの濃度が４０％→９５％に直線的に変化するように両方の移動相Ａ、Ｂの流量の割合が変化される（図２（ｃ）参照）。
【００２９】
上記のように２種の移動相Ａ、Ｂが混合されてなる移動相が、移動相供給流路３から前処理側高圧切替バルブ１１のａポート、ｂポートを経て、濃縮カラム１２中を図１で左から右方向に流れる。その際に、濃縮カラム１２の捕集剤に捕捉されている目的成分は溶出し、移動相に乗って運ばれ、前処理側高圧切替バルブ１１のｅポート、ｆポートを通る。さらに分析流路４を経て分析流路側高圧切替バルブ７のａポート、ｂポートを通り、分析カラム５に対し、図１で左から右方向に送り込まれる。分析カラム５を通過する際に移動相中の各種成分は分離され、異なる保持時間で以て分析カラム５から溶出して質量分析計６に導入され、質量分析計６で各成分の濃度（含有量）に応じた検出信号が得られる。
【００３０】
濃縮カラム１２に捕捉されていた各種目的成分の溶出は比較的短時間の間（遅くともｔ＝５[分]まで）に終了し、分析開始から５[分]経過後に、前処理側高圧切替バルブ１１は図１で点線で示す接続状態（Ｂ状態）に切り替えられる。上記のように分析カラム５に試料が導入されているｔ＝０〜５[分]の期間中には、注入用ポンプ１４で吸引された液体試料は前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｃポートを経て排液流路１７を通り排出される。従って、この流路中には液体試料が充満し、５[分]経過後に前処理側高圧切替バルブ１１がＢ状態に切り替えられると、すぐに液体試料が濃縮カラム１２に流通し始め、液体試料中の目的成分が濃縮カラム１２中の捕集剤に捕捉され始める。これにより、濃縮カラム１２での試料成分の計量の正確性を高めることができる。
【００３１】
一方、ｔ＝２０[分]の時点でＬＣ／ＭＳ分析は終了するが、その後、分析流路側高圧切替バルブ７を一時的に（ここでは１、２[分]程度）図１で点線の接続状態（Ｂ状態）に切り替える。これにより、分析カラム５内をその直前とは逆方向（つまり図１で右から左方向）に移動相が流れるから、主として分析カラム５の入口端（図１中で左端）近傍に溜まっていた不所望の夾雑物が移動相により押し流され、分析流路側高圧切替バルブ７のｂポート、ｃポートを経て排出される。なお、このような分析カラム５の清浄化は、１回の分析毎でなく複数回の分析毎に１回行うようにしてもよいが、１回の分析毎に行うほうが制御プログラムが簡単になる。
【００３２】
ｔ＝５[分]の時点で濃縮カラム１２に液体試料を流し始めることで濃縮を開始し、ｔ＝３０[分]の時点で濃縮を終了すべく前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替えるとともに、低圧切替バルブ１５でａポートの接続先をｃポートに切り替える。但し、分析用ポンプ２０１、２０２を動作させたまま前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替えると、溶出力の強い移動相が濃縮カラム１２に流れ、捕捉した目的成分が溶出してしまうから、前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替える直前（例えば数〜３０[秒]程度前）に分析用ポンプ２０１、２０２を一時的に停止させて移動相の流速を０にする。これによって、前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替えた後に濃縮カラム１２には移動相や液体試料が流れず、注入用ポンプ１４により吸引されたリンス液が前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｃポートを経て排出される。その結果、低圧切替バルブ１５のａポートから前処理側高圧切替バルブ１１のｄポートまでの間の前処理流路１３中に残留している液体試料はリンス液で置換される。
【００３３】
そして、１〜２[分]程度経過して、前処理流路１３中がリンス液で置換された後に、前処理側高圧切替バルブ１１を再びＢ状態に切り替える。これにより、注入用ポンプ１４で吸引されたリンス液が濃縮カラム１２内に送給され、濃縮カラム１２を含む前処理側高圧切替バルブ１１のｂポート、ｅポート間の流路に残る液体試料も清浄なリンス液で置換される。従って、液体試料に含まれる夾雑物を濃縮カラム１２やその前後の流路から除去することができる。また、前処理側高圧切替バルブ１１のＢ状態への切り替えと同時に分析用ポンプ２０１、２０２の動作を再開させ、分析カラム５への移動相の供給を行う。
【００３４】
ｔ＝３５[分]でこのサイクルが終了し、引き続いて次のサイクルの動作が実行されると、濃縮カラム１２に移動相が供給され始めるが、前述のようにその直前に濃縮カラム１２を含む前処理側高圧切替バルブ１１のｂポート、ｅポート間の流路にはその前の液体試料が残留していないので、移動相により押されて分析カラム５に導入される液中には夾雑物が含まれない（又は含まれていてもごく少量である）。それにより、分析カラム５が目詰まりすることを防止することができるとともに、コンタミネーションを防止することもできる。
【００３５】
以上のように、第１実施例のＬＣ／ＭＳによれば、液体試料中に混入している様々な夾雑物が分析カラム５に導入されることを軽減して分析カラム５の目詰まりを起こしにくくすることができる。また、分析カラム５に夾雑物が導入されてしまった場合でも、分析カラム５中を逆流させた移動相によりこの夾雑物を効果的に除去し、分析カラム５の目詰まりを解消することができる。
【００３６】
なお、上述したサイクルの中には含まれていないが、濃縮カラム１２を清浄化するために、低圧切替バルブ１５で１００％メタノールなどの洗浄液を選択できるようにしておき、分析を行っていない適宜のタイミングで濃縮カラム１２に洗浄液を流すようにするとよい。
【００３７】
［第２実施例］
次に第２発明の一実施例（第２実施例）による試料前処理装置を備えたＬＣ／ＭＳを図４により説明する。上記第１実施例によるＬＣ／ＭＳでは、前の分析の液体試料が分析カラム５に導入されることによるカラム目詰まりやコンタミネーションなどを防止することができるものの、そのために、分析用ポンプ２０１、２０２の動作を一時的にではあるが停止する必要がある。移動相の流速の一定性は高い分析精度を達成するために重要であるが、分析用ポンプを停止すると、次にその運転を開始したときに流速が安定するまでに時間が掛かり、分析精度に影響を及ぼすおそれがないとは言えない。そこで、分析用ポンプの動作を停止することなく、上記のような濃縮カラムや流路中に残る液体試料を置換を行えるようにしたのが、この第２実施例によるＬＣ／ＭＳである。
【００３８】
図３は第２実施例のＬＣ／ＭＳの要部の構成図であり、既に説明した図１、図４の装置と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を略す。
【００３９】
この実施例では、試料前処理装置１０において、高圧切替バルブ１１とは別の高圧切替バルブ１８が追加されている。これを第２前処理側高圧切替バルブ１８と呼び、第１前処理側高圧切替バルブ１１と区別する。これら２つの高圧切替バルブ１１、１８が第２発明における第２流路切替手段に相当する。また、低圧切替バルブ１５のｃポートには、溶出力の弱い、例えば１０％濃度のメタノール水溶液であるコンディショニング液が貯留されたコンディショニング液容器１６４に至る流路が接続され、ｄポートには、溶出力の強い、例えば１００％濃度のメタノールである洗浄液が貯留された洗浄液容器１６３に至る流路が接続されている。また、制御部８の制御プログラムも上記第１実施例とは異なる手順で動作を行うように修正されている。
【００４０】
この第２実施例のＬＣ／ＭＳは一例として、４５分で１サイクルの動作を行うように制御される。ｔ＝０[分]の時点では、濃縮カラム１２にはその直前のサイクルにおいて導入された目的成分が捕捉され、第１及び第２前処理側高圧切替バルブ１１、１８は共に図３に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定され、分析流路側高圧切替バルブ７も図３に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定される。また、試料を切り替えるための低圧切替バルブ１５は洗浄液を選択するようにａポートとｄポートとが接続された状態となる。
【００４１】
分析用ポンプ２０１、２０２の吸引動作により、２種の移動相Ａ、Ｂが混合されてなる移動相が、移動相供給流路３から第１前処理側高圧切替バルブ１１のａポート、ｂポートを経て、濃縮カラム１２中を図３で左から右方向に流れる。その際に、濃縮カラム１２の捕集剤に捕捉されている目的成分は溶出し、移動相に乗って運ばれ、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｃポート、ｂポート、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｅポート、ｆポートを通る。さらに分析流路４を経て分析流路側高圧切替バルブ７のａポート、ｂポートを通り、分析カラム５に対し、図３で左から右方向に送り込まれる。分析カラム５を通過する際に移動相中の各種成分は分離され、異なる保持時間で以て分析カラム５から溶出して質量分析計６に導入され、質量分析計６で各成分の濃度（含有量）に応じた検出信号が得られる。また、このとき、注入用ポンプ１４により吸引された洗浄液が前処理流路１３、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｃポートを経て、排液口から排出される。従って、これらの流路中に残る液体試料の残滓などは除去される。
【００４２】
濃縮カラム１２に捕捉されていた各種目的成分の溶出は比較的短時間の間（遅くともｔ＝７[分]まで）に終了し、分析開始から７[分]経過後に、第１前処理側高圧切替バルブ１１は図３で点線で示す接続状態（Ｂ状態）に切り替えられる。これにより、注入用ポンプ１４により吸引された洗浄液が濃縮カラム１２に流され、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｂポート、ｃポートを経て、排液口から排出される。洗浄液は強い溶出力を有するから、濃縮カラム１２内の捕集剤に前の液体試料中の成分が残留していても洗い流される。一方、分析カラム５には移動相が送給されるから、先に導入された目的成分の分離及び質量分析計６での検出が遂行される。
【００４３】
ｔ＝１０[分]の時点で、低圧切替バルブ１５はａポートとｃポートとを接続するように切り替えられる。注入用ポンプ１４によりコンディショニング液が吸引され、これが洗浄液に代わって濃縮カラム１２に流される。洗浄液により濃縮カラム１２やその前後の流路中は清浄化されるが、洗浄液は溶出力が強いため、洗浄液が濃縮カラム１２に残ったままであると次に液体試料を導入した際に目的成分が捕捉されにくくなり、回収率の低下が起こり易い。そこで、溶出力の弱いコンディショニング液で濃縮カラム１２やその前後の流路中の洗浄液を置換するようにする。なお、コンディショニング液はメタノールを含まない純水（つまりは第１実施例におけるリンス液）としてもよい。
【００４４】
次にｔ＝１３[分]の時点で、第２前処理側高圧切替バルブ１８を図３で点線状態（Ｂ状態）に切り替えるとともに、低圧切替バルブ１５でａポートとｂポートとを接続するように切り替える。注入用ポンプ１４により液体試料が吸引され、これが前処理流路１３、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｅポート、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポート、ａポートを経て排液口から排出される。これにより、低圧切替バルブ１５のａポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートまでの流路中のコンディショニング液が分析対象の液体試料に置換される。
【００４５】
ｔ＝１５[分]の時点で第２前処理側高圧切替バルブ１８はＡ状態に戻され、液体試料が濃縮カラム１２に供給されることで濃縮が開始される。その切替えの直前には、上述のように低圧切替バルブ１５のａポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートまでの流路中に液体試料が充満しているので、バルブ１８を切り替えた後、速やかに液体試料が濃縮カラム１２に到達し、液体試料の計量の正確さが向上する。なお、ｔ＝３５[分]まで分析カラム５には一定流速の移動相（但し、グラジエント分析では移動相Ａ、Ｂの割合は変化する）が送給され、これにより目的成分の分離及び検出が実行される。
【００４６】
ｔ＝３５[分]の時点でＬＣ／ＭＳ分析は終了するが、その後、分析流路側高圧切替バルブ７を一時的に図３で点線の接続状態（Ｂ状態）に切り替える。これにより、分析カラム５内をその直前とは逆方向（つまり図３で右から左方向）に移動相が流れるから、主として分析カラム５の入口端近傍に溜まっていた不所望の夾雑物が移動相により押し流され、分析流路側高圧切替バルブ７のｂポート、ｃポートを経て排出される。
【００４７】
２分間だけ上記のように分析カラム５中に移動相を分析時とは逆方向に流した後、ｔ＝３７[分]の時点で分析流路側高圧切替バルブ７をＡ状態に戻す。これにより、分析カラム５中に分析時と同様に移動相が流れ、分析カラム５のコンディショニングが行われる。
【００４８】
ｔ＝４０[分]の時点で、濃縮を終了すべく第２前処理側高圧切替バルブ１８をＢ状態に切り替えるとともに、低圧切替バルブ１５でａポートの接続先をｃポートに切り替える。これによって、注入用ポンプ１４により吸引されたコンディショニング液が第１前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｅポート、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポート、ａポートを経て排出される。これにより、低圧切替バルブ１５のａポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートまでの間の流路中に残留している液体試料はコンディショニング液で置換される。このように、次の濃縮カラム１２内の液体試料の置換の前に、前処理流路１３などの前段の流路中の液体試料を除去しておくことにより、余分な液体試料が濃縮カラム１２を通過することがない。
【００４９】
さらにｔ＝４１[分]の時点で、第２前処理側高圧切替バルブ１８を再びＡ状態に切り替える。これにより、注入用ポンプ１４で吸引されたコンディショニング液が濃縮カラム１２内に送給され、濃縮カラム１２を含む、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートから第１前処理側高圧切替バルブ１１のｂポートまでの流路に残る液体試料もコンディショニング液で置換される。従って、液体試料に含まれる夾雑物を濃縮カラム１２やその前後の流路から除去することができる。
【００５０】
ｔ＝４５[分]でこのサイクルが終了し、引き続いて次のサイクルの動作が実行されると、濃縮カラム１２に移動相が供給され始めるが、前述のようにその直前において、濃縮カラム１２を含む第１前処理側高圧切替バルブ１１のｂポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８を挟んで第１前処理側高圧切替バルブ１１のｅポートまでの流路にはコンディショニング液が充満している。従って、移動相により押されて分析カラム５に導入される液中には夾雑物が含まれず（又は含まれていてもごく少量である）、分析カラム５が目詰まりすることを防止することができる。また、前の分析の際の成分も除去されているので、コンタミネーションも防止することもできる。
【００５１】
また、上述のように第２実施例のＬＣ／ＭＳでは分析用ポンプ２０１、２０２を停止することなく常時一定流速で移動相を流し続けることができるので、ポンプを停止することによる移動相の流速の不安定化の影響もなく、高精度の分析を行うことができる。
【００５２】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一実施例であり、本願発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施例によるＬＣ／ＭＳの要部の構成図。
【図２】第１実施例のＬＣ／ＭＳの分析動作を示すタイムチャート。
【図３】本発明の第２実施例によるＬＣ／ＭＳにの要部の構成図。
【図４】従来の試料前処理装置を備えるＬＣ／ＭＳの要部の構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１０１、１０２…移動相容器
２０１、２０２…分析用ポンプ
３…移動相供給流路
４…分析流路
５…分析カラム
６…質量分析計（ＭＳ）
７…分析流路側高圧切替バルブ
８…制御部
１０…試料前処理装置
１１…第１前処理側高圧切替バルブ
１２…濃縮カラム
１３…前処理流路
１４…注入用ポンプ
１５…低圧切替バルブ
１６１…試料容器
１６２…リンス液容器
１６３…洗浄液容器
１６４…コンディショニング液容器
１７…排液流路
１８…第２前処理側高圧切替バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置、及び該装置を用いた液体クロマトグラフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析対象である目的成分以外に様々な不要成分を含む液体試料について、そうした各種成分を分離して所望の目的成分の定性分析、定量分析を行うために、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）やＨＰＬＣの検出器として質量分析計を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）が広く使用されている。こうした分析装置で目的成分の分析精度や感度を高めるために分析カラムでの分離条件を適切に設定することが重要なのはもちろんであるが、試料を分析カラムに導入する前の段階で、分析の妨害となる成分や分析に不要な成分を除去したり、或いは、目的成分を濃縮したりするといったことが益々重要になってきている。こうした目的のために、従来より、自動試料前処理装置が使用されている。
【０００３】
液体クロマトグラフ用の自動試料前処理装置では、高圧流路切替バルブや試料中の目的成分を捕捉して濃縮するための前処理カラムを用いたカラムスイッチングによるものが一般的である（特許文献１など参照）。図４は従来の自動試料前処理装置を備えるＬＣ／ＭＳの要部の構成の一例を示す概略図である。
【０００４】
試料前処理装置１０において、６ポート２ポジション型の高圧切替バルブ１１のａポートには分析用ポンプ２が設けられた移動相供給流路３が接続され、分析用ポンプ２の動作により移動相容器１から吸引された移動相が供給される。この高圧切替バルブ１１のｆポートには、分析カラム５及び質量分析計（ＭＳ）６が設けられた分析流路４が接続されている。７ポート６ポジション型の低圧切替バルブ１５のｂ〜ｇポートには試料を満たした試料容器１６１に至る流路が接続され（但し、ここではｄ〜ｇポートに接続される流路は記載を省略している）、共通であるａポートには、途中に注入用ポンプ１４が設けられた前処理流路１３が接続され、該流路１３の他端は高圧切替バルブ１１のｄポートに接続されている。高圧切替バルブ１１のｂポート、ｅポート間には、内部に捕集剤を充填した濃縮カラム１２が接続され、さらにｃポートは排液口に至る排液流路１７が接続されている。
【０００５】
上記ＬＣ／ＭＳにおいて試料の前処理時には、高圧切替バルブ１１を点線で示す接続状態とし、低圧切替バルブ１５を実線で示す接続状態とし、注入用ポンプ１４を作動させる。すると、分析対象である液体試料（例えば環境水試料）が濃縮カラム１２に流され、該試料中の目的成分が濃縮カラム１２内の捕集剤に捕捉される。所定時間、液体試料を濃縮カラム１２に流して目的成分を十分に捕捉した後に、高圧切替バルブ１１を実線で示す接続状態に切り替え、濃縮カラム１２と分析流路４とを接続し、分析用ポンプ２により移動相を移動相供給流路３から濃縮カラム１２に供給する。すると、濃縮カラム１２内の捕集剤から溶出した目的成分が移動相の流れに乗って分析カラム５に導入され、分析カラム５を通過する間に時間方向に成分分離される。質量分析計６は分析カラム５から溶出した成分を含む溶媒（移動相）を順次検出し、それぞれの成分に対応した検出信号を出力する。
【０００６】
特に試料中の成分を高精度で定量したい場合に、図４に示したように、検出器に質量分析計を用いたＬＣ／ＭＳが有用であるが、その場合、分析カラム５としては内径が例えば１０００μｍといったごく細径のものが使用されることが多い。ところが、そうしたカラムでは目詰まりによる内部圧力の上昇が頻繁に起こり、そのためにカラムの寿命が短く分析コストが高い、或いは分析結果の信頼性を損なう、といった問題がある。カラムの目詰まり状況を解析すると、その目詰まりの主たる原因は、濃縮の最終段階で濃縮カラム１２内に残留した液体試料が、分析カラム５への試料導入の際にそのまま分析カラム５に送られてしまい、この液体試料に混入している不要成分や固形浮遊物などの夾雑物が分析カラム５に詰まるためであると考えられる。
【０００７】
また、低圧切替バルブ１５の切替えにより異なる試料を選択しながら連続的に分析を行う場合、低圧切替バルブ１５を切り替えても、低圧切替バルブ１５のａポートから高圧切替バルブのｄポートまでの前処理流路１３中にはその直前に供給した別の液体試料が残存している。そのため、この液体試料がまず濃縮カラム１２に導入されることになり、コンタミネーションの原因となる。また、精度の高い定量分析を行うために、濃縮カラム１２に流す液体試料の流速（流量）とその流通時間とを正確に決めているが、低圧切替バルブ１５を切り替えた後に目的とする液体試料が濃縮カラム１２に到達するまでに時間を要すると、その分だけ目的成分の回収率が下がり、これが定量時の誤差となり得る。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであって、その第１の目的とするところは、分析カラムの目詰まりによる圧力上昇を防止することができる試料前処理装置及び該装置を備えた液体クロマトグラフ装置を提供することにある。
【００１０】
また本発明の第２の目的とするところは、試料を濃縮する際に目的成分について高い回収率を達成することで定量分析の精度を向上させることができる試料前処理装置及び該装置を備えた液体クロマトグラフ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された第１発明は、液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置において、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記濃縮カラムに移動相を供給し該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第２状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第１状態において前記濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させた後に、前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第２状態において移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１２】
また上記課題を解決するために成された第２発明は、液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置であって、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記第１流路切替手段で選択された液体及び移動相のいずれも前記濃縮カラムに流すことなく該第１流路切替手段で選択された液体を排出する流路を形成する第２状態と、移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第３状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第２状態において液体試料を第２流路切替手段に流し、少なくとも第１流路切替手段と第２流路切替手段との間の流路中を液体試料で満たした後、前記第１状態において濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させ、次いで前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第３状態において移動相を該濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
ここで、置換用液体としては、例えば純水等の清浄な（つまり浮遊物や夾雑物を含まない）溶媒を用いるか、或いは、溶出力の弱い、例えば低濃度のメタノール水溶液などを用いることができる。
【００１４】
また第３発明に係る液体クロマトグラフ装置は、第１又は第２発明に係る試料前処理装置を含む液体クロマトグラフ装置であって、
前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を検出器に導入する順方向流路と、前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を前記順方向流路とは逆方向に前記分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を排出する逆方向流路と、を切り替える第３流路切替手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明に係る試料前処理装置では、分析対象である液体試料中の目的成分を濃縮カラムに十分に捕捉させた後に、該濃縮カラムに残留する液体試料を置換用液体で置換する。特に液体試料が環境水試料などである場合には、液体試料には濃縮カラムに捕捉されない様々な夾雑物が混入していることが多いが、上記のような置換操作によって濃縮カラムから夾雑物を排除することができ、次に移動相によって濃縮された試料（目的成分）が分析カラムに運ばれる際に夾雑物が分析カラムに入ることを防止又は軽減できる。それにより、比較的目詰まりの生じ易い内径の小さな分析カラムを使用する場合であっても、分析カラムの目詰まりを起こしにくくして、不所望の圧力上昇を回避することができる。
【００１６】
さらにまた第３発明に係る液体クロマトグラフ装置によれば、移動相を逆方向流路に流すことで分析カラムの入口に詰まった夾雑物を押し流し、流路外に排除することができる。従って、分析カラムの目詰まりの発生をより一層確実に防止し、分析カラムの長寿命化に有効である。
【００１７】
なお、置換用液体として低濃度メタノール水溶液などの、或る程度の洗浄効果がある溶媒を用いることで、液体クロマトグラフの検出器で問題となる妨害成分を予備的に除去する効果も期待できる。
【００１８】
また第２発明に係る試料前処理装置では、濃縮カラムに液体試料を通して試料の濃縮を行う前に、濃縮カラムに移動相などを流すことなく、第１流路切替手段から第２流路切替手段に至る流路中を液体試料で満たすことができる。従って、次に第２流路切替手段の切り替えによって試料濃縮が開始されたときに、速やかに目的とする液体試料が濃縮カラムに流通し始め、液体試料の正確な計量を行うことができる。それにより、定量分析の精度を向上させることができる。
【００１９】
また、上記のように第１流路切替手段から第２流路切替手段に至る流路中を液体試料で満たす際に、第２流路切替手段による流路の切り替えにより濃縮カラムへの移動相の供給が回避されるため、液体クロマトグラフ装置で移動相を分析カラムに一定流速で送給するためのポンプの動作を止めずに済む。一般に、ポンプの動作を一旦停止すると、次にその動作を再開した後に流速が安定するまでに時間が掛かるが、第２発明に係る試料前処理装置によれば、そうしたポンプの停止を行わずに済むので、移動相の流速を安定に一定に維持することができ、分析の精度向上に寄与する。
【００２０】
なお、第１流路切替手段で液体試料、置換用液体のほかに、強い溶出力を有する洗浄液も選択できるようにし、移動相によって濃縮カラムから試料成分を運び去った後に、濃縮カラムに洗浄液を流して前の試料の成分の残滓を除去し、その後に、濃縮カラム中に置換用液体を導入して洗浄液を置換用液体で置換し、それから次の液体試料を濃縮カラムに導入するように流路の切り替えを行うと、より好ましい。
【００２１】
これによれば、洗浄液により前回の試料成分がほぼ完全に濃縮カラムやその前後の流路から除去されるためコンタミネーションを一層軽減できる。また、試料濃縮のために液体試料が濃縮カラムに導入される際には濃縮カラムには溶出力の強い洗浄液でなく置換用液体が残留しているので、液体試料中の目的成分が濃縮カラムに捕捉されずに流れ出てしまうといった事態を回避でき、濃縮カラムに目的成分を効率良く捕捉して高い回収率を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１実施例］
第１発明の一実施例（第１実施例）による試料前処理装置を具備するＬＣ／ＭＳについて、図面を参照して説明する。図１はこのＬＣ／ＭＳの要部の構成図であり、既に説明した図４の装置と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を略す。
【００２３】
本実施例の試料前処理装置１０では、第１発明における第１流路切替手段に相当する低圧切替バルブ１５のｃポートに、純水などの清浄な溶媒であるリンス液が貯留されるリンス液容器１６２に至る流路が接続されている。また、第１発明における第２流路切替手段に相当する高圧切替バルブ（後述する分析流路４側に追加された高圧切替バルブと区別するために前処理側高圧切替バルブと呼ぶこととする）１１のｆポートは分析流路４を介して新たに追加された分析流路側高圧切替バルブ７のａポートに接続され、この分析流路側高圧切替バルブ７のｂポートとｆポートとの間に分析カラム５が接続され、ｅポートには質量分析計（ＭＳ）６に至る流路が接続されている。また、ポートｃに接続された流路は排液口に至る。
【００２４】
なお、このＬＣ／ＭＳでは、グラジエント分析が可能であるように、移動相容器１０１、１０２と分析用ポンプ２０１、２０２とは２系統設けられ、異なる移動相Ａ、Ｂが適宜の割合で混合されて移動相供給流路３から前処理側高圧切替バルブ１１のａポートに供給されるようになっている。
【００２５】
また、コンピュータにより構成される、第１発明における制御手段に相当する制御部８は予めインストールされた制御プログラムに従って、ポンプ２０１、２０２、バルブ１１、１５、７等の動作を統括的に制御するが、その制御プログラムは単に分析流路側高圧切替バルブ７が追加されたからだけでなく、図４に示した従来の装置とは異なる手順で以て制御を行うように構成されている。
【００２６】
次に、制御部８の制御の下に行われる本実施例のＬＣ／ＭＳの分析動作を図２のタイムチャートにより説明する。このＬＣ／ＭＳでは、３５分を１サイクルとして、１サイクル期間中に、実際に試料に対するＬＣ／ＭＳ分析を実行する分析側動作（図２（ｂ）参照）と、試料の濃縮を行う前処理側動作（図２（ａ）参照）と、を並行して遂行する。図２では、分析カラム５に試料が導入され始めるタイミングをｔ＝０[分]として、その時点からの経過時間ｔで各要素の状態などを示している。
【００２７】
ｔ＝０[分]の時点では、濃縮カラム１２にはその直前のサイクルにおいて導入された目的成分が捕捉されている。１サイクル期間中、注入用ポンプ１４は連続的に作動されており、その流速は２[mL/min]で一定に維持される（図２（ｅ）参照）。ｔ＝０[分]の時点で、前処理側高圧切替バルブ１１は図１中に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定され（図２（ｆ）参照）、分析流路側高圧切替バルブ７は図１中に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定される（図２（ｈ）参照）。また、試料を切り替えるための低圧切替バルブ１５は液体試料を選択するようにａポートとｂポートとが接続された状態となる（図２（ｇ）参照）。
【００２８】
分析用ポンプ２０１、２０２は共に作動されてその両方の合計の流速は０．２[mL/min]一定に維持されるが、２種類の移動相Ａ、Ｂの混合割合が変化する、つまりグラジエント分析が行われるように、ｔ＝０[分]から２０[分]まで移動相Ｂの濃度が４０％→９５％に直線的に変化するように両方の移動相Ａ、Ｂの流量の割合が変化される（図２（ｃ）参照）。
【００２９】
上記のように２種の移動相Ａ、Ｂが混合されてなる移動相が、移動相供給流路３から前処理側高圧切替バルブ１１のａポート、ｂポートを経て、濃縮カラム１２中を図１で左から右方向に流れる。その際に、濃縮カラム１２の捕集剤に捕捉されている目的成分は溶出し、移動相に乗って運ばれ、前処理側高圧切替バルブ１１のｅポート、ｆポートを通る。さらに分析流路４を経て分析流路側高圧切替バルブ７のａポート、ｂポートを通り、分析カラム５に対し、図１で左から右方向に送り込まれる。分析カラム５を通過する際に移動相中の各種成分は分離され、異なる保持時間で以て分析カラム５から溶出して質量分析計６に導入され、質量分析計６で各成分の濃度（含有量）に応じた検出信号が得られる。
【００３０】
濃縮カラム１２に捕捉されていた各種目的成分の溶出は比較的短時間の間（遅くともｔ＝５[分]まで）に終了し、分析開始から５[分]経過後に、前処理側高圧切替バルブ１１は図１で点線で示す接続状態（Ｂ状態）に切り替えられる。上記のように分析カラム５に試料が導入されているｔ＝０〜５[分]の期間中には、注入用ポンプ１４で吸引された液体試料は前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｃポートを経て排液流路１７を通り排出される。従って、この流路中には液体試料が充満し、５[分]経過後に前処理側高圧切替バルブ１１がＢ状態に切り替えられると、すぐに液体試料が濃縮カラム１２に流通し始め、液体試料中の目的成分が濃縮カラム１２中の捕集剤に捕捉され始める。これにより、濃縮カラム１２での試料成分の計量の正確性を高めることができる。
【００３１】
一方、ｔ＝２０[分]の時点でＬＣ／ＭＳ分析は終了するが、その後、分析流路側高圧切替バルブ７を一時的に（ここでは１、２[分]程度）図１で点線の接続状態（Ｂ状態）に切り替える。これにより、分析カラム５内をその直前とは逆方向（つまり図１で右から左方向）に移動相が流れるから、主として分析カラム５の入口端（図１中で左端）近傍に溜まっていた不所望の夾雑物が移動相により押し流され、分析流路側高圧切替バルブ７のｂポート、ｃポートを経て排出される。なお、このような分析カラム５の清浄化は、１回の分析毎でなく複数回の分析毎に１回行うようにしてもよいが、１回の分析毎に行うほうが制御プログラムが簡単になる。
【００３２】
ｔ＝５[分]の時点で濃縮カラム１２に液体試料を流し始めることで濃縮を開始し、ｔ＝３０[分]の時点で濃縮を終了すべく前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替えるとともに、低圧切替バルブ１５でａポートの接続先をｃポートに切り替える。但し、分析用ポンプ２０１、２０２を動作させたまま前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替えると、溶出力の強い移動相が濃縮カラム１２に流れ、捕捉した目的成分が溶出してしまうから、前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替える直前（例えば数〜３０[秒]程度前）に分析用ポンプ２０１、２０２を一時的に停止させて移動相の流速を０にする。これによって、前処理側高圧切替バルブ１１をＡ状態に切り替えた後に濃縮カラム１２には移動相や液体試料が流れず、注入用ポンプ１４により吸引されたリンス液が前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｃポートを経て排出される。その結果、低圧切替バルブ１５のａポートから前処理側高圧切替バルブ１１のｄポートまでの間の前処理流路１３中に残留している液体試料はリンス液で置換される。
【００３３】
そして、１〜２[分]程度経過して、前処理流路１３中がリンス液で置換された後に、前処理側高圧切替バルブ１１を再びＢ状態に切り替える。これにより、注入用ポンプ１４で吸引されたリンス液が濃縮カラム１２内に送給され、濃縮カラム１２を含む前処理側高圧切替バルブ１１のｂポート、ｅポート間の流路に残る液体試料も清浄なリンス液で置換される。従って、液体試料に含まれる夾雑物を濃縮カラム１２やその前後の流路から除去することができる。また、前処理側高圧切替バルブ１１のＢ状態への切り替えと同時に分析用ポンプ２０１、２０２の動作を再開させ、分析カラム５への移動相の供給を行う。
【００３４】
ｔ＝３５[分]でこのサイクルが終了し、引き続いて次のサイクルの動作が実行されると、濃縮カラム１２に移動相が供給され始めるが、前述のようにその直前に濃縮カラム１２を含む前処理側高圧切替バルブ１１のｂポート、ｅポート間の流路にはその前の液体試料が残留していないので、移動相により押されて分析カラム５に導入される液中には夾雑物が含まれない（又は含まれていてもごく少量である）。それにより、分析カラム５が目詰まりすることを防止することができるとともに、コンタミネーションを防止することもできる。
【００３５】
以上のように、第１実施例のＬＣ／ＭＳによれば、液体試料中に混入している様々な夾雑物が分析カラム５に導入されることを軽減して分析カラム５の目詰まりを起こしにくくすることができる。また、分析カラム５に夾雑物が導入されてしまった場合でも、分析カラム５中を逆流させた移動相によりこの夾雑物を効果的に除去し、分析カラム５の目詰まりを解消することができる。
【００３６】
なお、上述したサイクルの中には含まれていないが、濃縮カラム１２を清浄化するために、低圧切替バルブ１５で１００％メタノールなどの洗浄液を選択できるようにしておき、分析を行っていない適宜のタイミングで濃縮カラム１２に洗浄液を流すようにするとよい。
【００３７】
［第２実施例］
次に第２発明の一実施例（第２実施例）による試料前処理装置を備えたＬＣ／ＭＳを図４により説明する。上記第１実施例によるＬＣ／ＭＳでは、前の分析の液体試料が分析カラム５に導入されることによるカラム目詰まりやコンタミネーションなどを防止することができるものの、そのために、分析用ポンプ２０１、２０２の動作を一時的にではあるが停止する必要がある。移動相の流速の一定性は高い分析精度を達成するために重要であるが、分析用ポンプを停止すると、次にその運転を開始したときに流速が安定するまでに時間が掛かり、分析精度に影響を及ぼすおそれがないとは言えない。そこで、分析用ポンプの動作を停止することなく、上記のような濃縮カラムや流路中に残る液体試料を置換を行えるようにしたのが、この第２実施例によるＬＣ／ＭＳである。
【００３８】
図３は第２実施例のＬＣ／ＭＳの要部の構成図であり、既に説明した図１、図４の装置と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を略す。
【００３９】
この実施例では、試料前処理装置１０において、高圧切替バルブ１１とは別の高圧切替バルブ１８が追加されている。これを第２前処理側高圧切替バルブ１８と呼び、第１前処理側高圧切替バルブ１１と区別する。これら２つの高圧切替バルブ１１、１８が第２発明における第２流路切替手段に相当する。また、低圧切替バルブ１５のｃポートには、溶出力の弱い、例えば１０％濃度のメタノール水溶液であるコンディショニング液が貯留されたコンディショニング液容器１６４に至る流路が接続され、ｄポートには、溶出力の強い、例えば１００％濃度のメタノールである洗浄液が貯留された洗浄液容器１６３に至る流路が接続されている。また、制御部８の制御プログラムも上記第１実施例とは異なる手順で動作を行うように修正されている。
【００４０】
この第２実施例のＬＣ／ＭＳは一例として、４５分で１サイクルの動作を行うように制御される。ｔ＝０[分]の時点では、濃縮カラム１２にはその直前のサイクルにおいて導入された目的成分が捕捉され、第１及び第２前処理側高圧切替バルブ１１、１８は共に図３に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定され、分析流路側高圧切替バルブ７も図３に実線で示す接続状態（Ａ状態）に設定される。また、試料を切り替えるための低圧切替バルブ１５は洗浄液を選択するようにａポートとｄポートとが接続された状態となる。
【００４１】
分析用ポンプ２０１、２０２の吸引動作により、２種の移動相Ａ、Ｂが混合されてなる移動相が、移動相供給流路３から第１前処理側高圧切替バルブ１１のａポート、ｂポートを経て、濃縮カラム１２中を図３で左から右方向に流れる。その際に、濃縮カラム１２の捕集剤に捕捉されている目的成分は溶出し、移動相に乗って運ばれ、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｃポート、ｂポート、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｅポート、ｆポートを通る。さらに分析流路４を経て分析流路側高圧切替バルブ７のａポート、ｂポートを通り、分析カラム５に対し、図３で左から右方向に送り込まれる。分析カラム５を通過する際に移動相中の各種成分は分離され、異なる保持時間で以て分析カラム５から溶出して質量分析計６に導入され、質量分析計６で各成分の濃度（含有量）に応じた検出信号が得られる。また、このとき、注入用ポンプ１４により吸引された洗浄液が前処理流路１３、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｃポートを経て、排液口から排出される。従って、これらの流路中に残る液体試料の残滓などは除去される。
【００４２】
濃縮カラム１２に捕捉されていた各種目的成分の溶出は比較的短時間の間（遅くともｔ＝７[分]まで）に終了し、分析開始から７[分]経過後に、第１前処理側高圧切替バルブ１１は図３で点線で示す接続状態（Ｂ状態）に切り替えられる。これにより、注入用ポンプ１４により吸引された洗浄液が濃縮カラム１２に流され、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｂポート、ｃポートを経て、排液口から排出される。洗浄液は強い溶出力を有するから、濃縮カラム１２内の捕集剤に前の液体試料中の成分が残留していても洗い流される。一方、分析カラム５には移動相が送給されるから、先に導入された目的成分の分離及び質量分析計６での検出が遂行される。
【００４３】
ｔ＝１０[分]の時点で、低圧切替バルブ１５はａポートとｃポートとを接続するように切り替えられる。注入用ポンプ１４によりコンディショニング液が吸引され、これが洗浄液に代わって濃縮カラム１２に流される。洗浄液により濃縮カラム１２やその前後の流路中は清浄化されるが、洗浄液は溶出力が強いため、洗浄液が濃縮カラム１２に残ったままであると次に液体試料を導入した際に目的成分が捕捉されにくくなり、回収率の低下が起こり易い。そこで、溶出力の弱いコンディショニング液で濃縮カラム１２やその前後の流路中の洗浄液を置換するようにする。なお、コンディショニング液はメタノールを含まない純水（つまりは第１実施例におけるリンス液）としてもよい。
【００４４】
次にｔ＝１３[分]の時点で、第２前処理側高圧切替バルブ１８を図３で点線状態（Ｂ状態）に切り替えるとともに、低圧切替バルブ１５でａポートとｂポートとを接続するように切り替える。注入用ポンプ１４により液体試料が吸引され、これが前処理流路１３、第１前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｅポート、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポート、ａポートを経て排液口から排出される。これにより、低圧切替バルブ１５のａポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートまでの流路中のコンディショニング液が分析対象の液体試料に置換される。
【００４５】
ｔ＝１５[分]の時点で第２前処理側高圧切替バルブ１８はＡ状態に戻され、液体試料が濃縮カラム１２に供給されることで濃縮が開始される。その切替えの直前には、上述のように低圧切替バルブ１５のａポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートまでの流路中に液体試料が充満しているので、バルブ１８を切り替えた後、速やかに液体試料が濃縮カラム１２に到達し、液体試料の計量の正確さが向上する。なお、ｔ＝３５[分]まで分析カラム５には一定流速の移動相（但し、グラジエント分析では移動相Ａ、Ｂの割合は変化する）が送給され、これにより目的成分の分離及び検出が実行される。
【００４６】
ｔ＝３５[分]の時点でＬＣ／ＭＳ分析は終了するが、その後、分析流路側高圧切替バルブ７を一時的に図３で点線の接続状態（Ｂ状態）に切り替える。これにより、分析カラム５内をその直前とは逆方向（つまり図３で右から左方向）に移動相が流れるから、主として分析カラム５の入口端近傍に溜まっていた不所望の夾雑物が移動相により押し流され、分析流路側高圧切替バルブ７のｂポート、ｃポートを経て排出される。
【００４７】
２分間だけ上記のように分析カラム５中に移動相を分析時とは逆方向に流した後、ｔ＝３７[分]の時点で分析流路側高圧切替バルブ７をＡ状態に戻す。これにより、分析カラム５中に分析時と同様に移動相が流れ、分析カラム５のコンディショニングが行われる。
【００４８】
ｔ＝４０[分]の時点で、濃縮を終了すべく第２前処理側高圧切替バルブ１８をＢ状態に切り替えるとともに、低圧切替バルブ１５でａポートの接続先をｃポートに切り替える。これによって、注入用ポンプ１４により吸引されたコンディショニング液が第１前処理側高圧切替バルブ１１のｄポート、ｅポート、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポート、ａポートを経て排出される。これにより、低圧切替バルブ１５のａポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートまでの間の流路中に残留している液体試料はコンディショニング液で置換される。このように、次の濃縮カラム１２内の液体試料の置換の前に、前処理流路１３などの前段の流路中の液体試料を除去しておくことにより、余分な液体試料が濃縮カラム１２を通過することがない。
【００４９】
さらにｔ＝４１[分]の時点で、第２前処理側高圧切替バルブ１８を再びＡ状態に切り替える。これにより、注入用ポンプ１４で吸引されたコンディショニング液が濃縮カラム１２内に送給され、濃縮カラム１２を含む、第２前処理側高圧切替バルブ１８のｂポートから第１前処理側高圧切替バルブ１１のｂポートまでの流路に残る液体試料もコンディショニング液で置換される。従って、液体試料に含まれる夾雑物を濃縮カラム１２やその前後の流路から除去することができる。
【００５０】
ｔ＝４５[分]でこのサイクルが終了し、引き続いて次のサイクルの動作が実行されると、濃縮カラム１２に移動相が供給され始めるが、前述のようにその直前において、濃縮カラム１２を含む第１前処理側高圧切替バルブ１１のｂポートから第２前処理側高圧切替バルブ１８を挟んで第１前処理側高圧切替バルブ１１のｅポートまでの流路にはコンディショニング液が充満している。従って、移動相により押されて分析カラム５に導入される液中には夾雑物が含まれず（又は含まれていてもごく少量である）、分析カラム５が目詰まりすることを防止することができる。また、前の分析の際の成分も除去されているので、コンタミネーションも防止することもできる。
【００５１】
また、上述のように第２実施例のＬＣ／ＭＳでは分析用ポンプ２０１、２０２を停止することなく常時一定流速で移動相を流し続けることができるので、ポンプを停止することによる移動相の流速の不安定化の影響もなく、高精度の分析を行うことができる。
【００５２】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一実施例であり、本願発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施例によるＬＣ／ＭＳの要部の構成図。
【図２】第１実施例のＬＣ／ＭＳの分析動作を示すタイムチャート。
【図３】本発明の第２実施例によるＬＣ／ＭＳにの要部の構成図。
【図４】従来の試料前処理装置を備えるＬＣ／ＭＳの要部の構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１０１、１０２…移動相容器
２０１、２０２…分析用ポンプ
３…移動相供給流路
４…分析流路
５…分析カラム
６…質量分析計（ＭＳ）
７…分析流路側高圧切替バルブ
８…制御部
１０…試料前処理装置
１１…第１前処理側高圧切替バルブ
１２…濃縮カラム
１３…前処理流路
１４…注入用ポンプ
１５…低圧切替バルブ
１６１…試料容器
１６２…リンス液容器
１６３…洗浄液容器
１６４…コンディショニング液容器
１７…排液流路
１８…第２前処理側高圧切替バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置において、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記濃縮カラムに移動相を供給し該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第２状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第１状態において前記濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させた後に、前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第２状態において移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする試料前処理装置。
【請求項２】
液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置であって、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記第１流路切替手段で選択された液体及び移動相のいずれも前記濃縮カラムに流すことなく該第１流路切替手段で選択された液体を排出する流路を形成する第２状態と、移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第３状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第２状態において液体試料を第２流路切替手段に流し、少なくとも第１流路切替手段と第２流路切替手段との間の流路中を液体試料で満たした後、前記第１状態において濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させ、次いで前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第３状態において移動相を該濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする試料前処理装置。
【請求項３】
前記第２流路切替手段は２つの２ポジションバルブにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の試料前処理装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の試料前処理装置を含む液体クロマトグラフ装置であって、
前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を検出器に導入する順方向流路と、前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を前記順方向流路とは逆方向に前記分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を排出する逆方向流路と、を切り替える第３流路切替手段を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１】
液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置において、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記濃縮カラムに移動相を供給し該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第２状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第１状態において前記濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させた後に、前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第２状態において移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする試料前処理装置。
【請求項２】
液体クロマトグラフの分析カラムに導入する試料を濃縮するための試料前処理装置であって、
a)目的成分を捕捉するための濃縮カラムと、
b)少なくとも液体試料と清浄な置換用液体とを切り替えて供給するための第１流路切替手段と、
c)前記第１流路切替手段で選択された液体を前記濃縮カラムに通過させる流路を形成する第１状態と、前記第１流路切替手段で選択された液体及び移動相のいずれも前記濃縮カラムに流すことなく該第１流路切替手段で選択された液体を排出する流路を形成する第２状態と、移動相を前記濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入する流路を形成する第３状態と、を切り替える第２流路切替手段と、
d)前記第２状態において液体試料を第２流路切替手段に流し、少なくとも第１流路切替手段と第２流路切替手段との間の流路中を液体試料で満たした後、前記第１状態において濃縮カラムに液体試料を流して該液体試料中の目的成分を該濃縮カラム中に捕捉させ、次いで前記置換用液体を該濃縮カラムに流し、その後に前記第３状態において移動相を該濃縮カラムに供給して該濃縮カラムを通過した移動相を分析カラムに導入するように、前記第１流路切替手段及び第２流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする試料前処理装置。
【請求項３】
前記第２流路切替手段は２つの２ポジションバルブにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の試料前処理装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の試料前処理装置を含む液体クロマトグラフ装置であって、
前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を検出器に導入する順方向流路と、前記第２流路切替手段を通して供給される移動相を前記順方向流路とは逆方向に前記分析カラムに流し、該分析カラムを通過して来た移動相を排出する逆方向流路と、を切り替える第３流路切替手段を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３０９５９６（Ｐ２００８−３０９５９６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５６９３１（Ｐ２００７−１５６９３１）
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
[ Back to top ]